SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIAL - SENAC

ALUNOS

833.562.749-53

065.539.469-90

004.617.919-43

ORIENTADOR

022.645.009-05

Virtualização de servidores com software livre: uma proposta para economizar

recursos e praticar TI verde

Criciúma, 2012

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RESUMO

No primeiro semestre do Curso de Gestão de TI (2012/1), tivemos bastante contato com assuntos de Infraestrutura de TI oriundos das disciplinas do curso e de palestras organizadas pelo Senac. Com isso, observamos que, nas empresas em que trabalhamos, temos salas carregadas de servidores e equipamentos de rede ocasionando grande gastos de energia para mantê-los em funcionamento, refrigerados, além das dificuldades de gerenciamento com confiabilidade e segurança. Partindo dessa observação, verificou-se a oportunidade de desenvolver uma proposta de Virtualização de Servidores, visando tornar nossos datacenters mais sustentáveis, reduzindo consumo de energia e emissão de CO2 no meio ambiente, relacionados aos impactos ambientais no Extremo Sul Catarinense, onde a principal fonte geradora de energia é o Carvão. Através de estudos, análises e simulações criamos um plano de conversão de cenário não virtualizado para cenário virtualizado, apresentando uma proposta de baixo custo de migração, utilizando software livre. Ao finalizar o projeto, constatamos que a virtualização pode melhorar a infraestrutura de TI nas organizações, facilitando seu gerenciamento e reduzindo os danos causados ao meio ambiente pela exploração do carvão. Podemos, com pequenas ações, desenvolver atitudes e práticas sustentáveis que fazem grandes diferenças para a sociedade e o meio ambiente.

Palavras-chave: Virtualização. Gestão de TI. Sustentabilidade. Carvão Mineral.

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1 INTRODUÇÃO

A virtualização é um assunto que tem despertado atenção e aparecendo

como destaque no mundo da Tecnologia da Informação (TI). Evidenciamos isso no

decorrer do semestre na Graduação, nas palestras que acompanhamos, sites,

revistas, etc. O tema realmente continua em alta no mercado: empresas como HP e

IBM fornecendo soluções cada vez mais atraentes, propostas de trabalhos para

profissionais atuarem na área de virtualização e gestores de TI empenhados na

busca constante de oferecer melhores serviços para seus usuários pelo menor custo

possível.

Ao definirmos o tema do nosso projeto, optamos em implementar uma

proposta de virtualização que possa ser aplicada não apenas em uma empresa

específica, mas que sirva como base para que qualquer empresa de pequeno e

médio porte observe os benefícios e vantagens de virtualizar servidores,

conscientizando do uso racional do recursos natuais, aplicando práticas sustentáveis

dentro e fora de seus domínios.

Nosso projeto consiste em apresentar uma proposta de virtualização de

servidores de baixo custo de implantação, utilizando software livre, mostrando como

e onde os gastos podem ser minimizados na infraestrutura de TI. Com a otimização

dos datacenters, também queremos conscientizar os gestores de TI a adotarem

ações menos agressivas ao meio ambiente.

1.1 Caracterização do Problema

Com a crescente evolução tecnológica e a corrida constante pela informação,

as empresas têm investido cada vez mais em equipamentos de Tecnologia da

Informação e Comunicação (TIC), para atender às novas demandas dos seus

negócios. Através da aquisição de servidores, upgrades de hardware e software, os

gestores têm o desafio de adequar a infraestrutura de TI para comportar, com

eficiência e pelo menor custo possível, o grande volume de dados gerado por esses

novos serviços.

Esse crescimento desenfreado e mal planejado dificulta o gerenciamento e

eleva o consumo de energia elétrica necessária para o funcionamento dos

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datacenters, necessitando de alta disponibilidade de funcionamento, operando 24

horas por dia, 7 dias por semana.

Na região do Extremo Sul Catarinense, as principais fontes geradoras de

energia são as termoelétricas, que têm como principal combustível o carvão mineral.

Sua exploração predatória compromete a disponibilidade e a qualidade dos recursos

hídricos, destrói o potencial turístico da região, cria conflitos nas comunidades locais,

reduz a biodiversidade e degrada o ecossistema, sem contar com os problemas de

saúde dos trabalhadores que atuam na mineração do carvão.

1.2 Objetivo Geral

Desenvolver uma proposta de virtualização de servidores com baixo custo de

implantação para empresas que utilizam infraestrutura de TI, de forma que elas

possam reduzir gastos com manutenção de seus datacenters, melhorando sua

produtividade, minimizando o consumo de recursos ambientais e energéticos.

1.2.1 Objetivos Específicos

a) Otimizar, via virtualização dos servidores, os espaços físicos, com redução no

consumo de energia elétrica nos datacenters das empresas.

b) Apresentar as vantagens dos cenários virtualizados, em comparação aos não

virtualizados.

c) Confrontar a economia de energia elétrica aos impactos ambientais

ocasionados pela extração e queima do carvão mineral, incentivando práticas

de TI verde.

1.3 Justificativa

Nos últimos anos as empresas passaram a observar a necessidade de

relacionar os avanços tecnológicos com o meio ambiente de uma forma mais

harmoniosa. Com empresas e pessoas utilizando cada vez mais a TI, há uma

necessidade crescente de infraestrutura computacional no mundo.

A virtualização é uma tecnologia que se encaixa perfeitamente neste

contexto. Com base no estudo de McLaughlin (2008), publicado na revista CIO, o

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corte dos custos com a consolidação de servidores é de 81%, a recuperação de

dados em casos de backup é 63% mais rápida e o retorno de investimento é obtido

em aproximadamente 2 anos. A virtualização é ainda mais eficiente quando se trata

de economia de energia elétrica, minimizando seu consumo em até 65% nos

datacenters virtualizados. Isso impacta diretamente no meio ambiente, na

exploração de recursos naturais necessários para sua geração, a qual, na nossa

região (Extremo Sul Catarinense), é obtida principalmente através da Usina

Termelétrica Jorge Lacerda I e II, situada no município de Capivari de Baixo.

2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 Infraestrutura de Tecnologia da Informação

Como base em Foina (2006), podemos definir Tecnologia da Informação (TI)

como o conjunto de atividades e soluções fornecidas pela computação, responsável

por criar, administrar e manter a gestão da informação através de dispositivos e

equipamentos para acesso, operação e armazenamento dos dados. A TI ganhou

importância quando as empresas modernas perceberam que suas informações

fazem parte de seu patrimônio.

Seguindo esse raciocínio, Veras (2011, p.7) nos diz que “infraestrutura de TI é

o alicerce do modelo operacional da organização baseada na informação. Isso quer

dizer que ela suporta as aplicações, que por sua vez, sustentam os processos de

negócio”.

2.2 Datacenter

Datacenter é uma "Central de Dados" (tradução literal), na qual todos

servidores, sistemas de armazenamento e dispositivos de rede são alocados. Deve

ser construído em um ambiente seguro com dispositivos de controle de incêndio e

temperatura sustentada por geradores de energia. Um datacenter pode alocar

quantos servidores forem necessários, desde que se tome a devida providência

quanto à estabilidade, à disponibilidade e à tecnologia de automação para deixar

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todos os serviços de TI funcionando perfeitamente, com a menor taxa de erros

possíveis.

Na definição de Veras (2010, p.85), “a virtualização é a tecnologia central de

um datacenter e essencialmente transforma, obedecidas certas condições, um

servidor físico em vários servidores virtuais”.

2.3 Virtualização

O conceito de virtualização é oriundo da década de 60, quando a IBM

desenvolveu máquinas virtuais com o propósito de utilizar de forma mais eficaz os

caríssimos mainframes. Segundo Nascimento (2007), a virtualização é o processo

de implementação de vários sistemas operacionais, compartilhando os recursos

básicos de hardware: processadores, memórias, interfaces de rede e disco rígido,

estando alojados em um único servidor físico. Esse servidor possui um sistema

operacional chamado Hipervisor, responsável por gerenciar as máquinas virtuais

nele criadas.

2.3.1 Máquina Virtual

Uma máquina virtual (VM do inglês virtual machine) é um contêiner de

software totalmente isolado, capaz de executar sistemas operacionais e aplicativos

próprios. A VM se comporta exatamente como um computador físico, tendo CPU,

memória RAM, disco rígido e placa de rede próprios (NASCIMENTO, 2007).

2.4 Software Livre

Para Oliveira (2007, p.55), software livre é o contrário de software proprietário,

pois se refere à “liberdade dos usuários executarem, copiarem e distribuírem,

modificarem e aperfeiçoarem o software sem nenhuma restrição”. Isso nos dá

inúmeras vantagens diante de um software proprietário. Além de ser uma solução

confiável, o custo é baixo, as correções de erros são rápidas devido ao fato de

existirem inúmeras comunidades mantenedoras e possuem vasta documentação,

oferecendo também maior segurança contra ataques externos e vírus.

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2.5 TI Verde

Assim como outras atividades, a TI provoca impactos no meio ambiente pela

demanda de energia elétrica e emissão de CO2:

Tecnologia da Informação Verde é uma tendência mundial voltada para o impacto dos recursos tecnológicos no meio ambiente. A preocupação dessa tendência está desde a utilização mais eficiente de energia, recursos e insumos na produção de tecnologia, assim como uso de matéria prima e substâncias menos tóxicas na fabricação, abrange recursos tecnológicos que consumam menos energia, que não agridam o meio ambiente na sua utilização operação e por fim não proporcione ou minimize impactos no seu descarte, permitindo reciclagem e reutilização. (MCLAUGHLIN, 2009, p. 27)

2.6 Carvão Mineral

Vasconcelos (2004, p.11) define o carvão mineral como sendo “uma rocha

combustível não renovável, contendo elevados teores de carbono (de 50% a 95%),

formada pela preservação da matéria vegetal por compactação, variação de

temperatura e pressão”. Segundo o World Coal Institute, o Brasil participa apenas

com 0,2% da produção do carvão mineral mundial. Soares et al. (2008) afirma que

as reservas brasileiras, localizadas apenas nos estados da Região Sul, são de baixa

qualidade devido às elevadas quantidades de enxofre (1% a 5,5%) e cinzas (40% a

55%), tornando seu poder calorífico baixo (3.000 a 4.500 kcal/kg). Isso compromete

seu aproveitamento como fonte de energia. De todos os combustíveis fósseis, o

carvão é o que lança na atmosfera a maior quantidade de CO2 por unidade de

energia gerada.

Vasconcelos (2004) explica o processo de extração do carvão, desde sua

origem nas minas de subsolo ou céu aberto até sua queima nas termelétricas e faz a

relação da quantidade de minério explorada com a quantidade de energia gerada: 1

tonelada de carvão mineral puro produz 1.080 kwh. No processo de extração há a

contaminação de 3 mil litros de água para cada tonelada material retirada do solo.

No beneficiamento, onde é separado o carvão dos rejeitos, são gastos mais 3 mil

litros de água, pois, do material extraído do solo, 70% é de rejeito e apenas 30% é

de carvão aproveitável. Assim, para obtermos 1 tonelada de carvão mineral puro,

são gerados 3.330 kg de rejeito (pirita, estéreis, enxofre e outros poluentes). Já nas

termelétricas, quando é feita a queima do minério, são utilizados mais 3 mil litros de

água para gerar vapor e movimentar as turbinas geradoras de energia elétrica.

8

3 DESENVOLVIMENTO

3.1 Métodos e Procedimentos

Através de observação e análise dos datacenters das empresas que

trabalhamos, notamos a dificuldade do gerenciamento de diversas máquinas, onde

segue-se a filosofia de 1 servidor para 1 serviço. Para tais análises, obtivemos

informações da área do datacenter, potência das fontes dos servidores, nobreaks e

ar-condicionados, quantidade de máquinas, processadores e os serviços

disponibilizados em cada máquina física.

3.1.1 Etapas para migração do ambiente físico para o ambiente virtualizado

a) levantamento dos pré-requisitos técnicos;

b) definição da infraestrutura de servidor(es) físico(s);

c) aquisição dos equipamentos;

d) implantação da arquitetura de virtualização;

e) testes da infraestrutura virtualizada;

f) migração das máquinas físicas para as máquinas virtuais;

g) treinamento;

h) acompanhamento, monitoramento e adequações.

3.1.2 Softwares de Virtualização

Os softwares de virtualização dispõem de diversas funcionalidades,

dependendo do fabricante e da versão do sistema utilizado. Segundo Hess (2010),

os principais participantes do mercado de virtualização são a Vmware, Microsoft e

Citrix, além das soluções baseadas em software livre, como o Oracle VM e o Xen

Source, que apresentam recursos equivalentes aos softwares proprietários.

Nossa escolha foi o Oracle VM Server, devido ao fato da ferramenta ser livre

e distribuída sob a licença GPL - General Public License (Licença Pública Geral). É

uma ferramenta robusta que supre todas as necessidades de gerenciamento de um

ambiente virtual. Possui grande escalabilidade, suportando até 32 VCPU's (CPUs

Virtuais) e 500 GB de memória RAM por VM.

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Figura 1 - Tela do gerenciador do Oracle VM de uma empresa pesquisada.

1. lista dos servidores físicos no ambiente virtualizado;

2. lista das VM’s do servidor físico selecionado em execução.

3.2 Resultados obtidos e/ou esperados

Com a redução de servidores, otimizamos espaço físico e reduzimos o

consumo de energia elétrica utilizada tanto na sustentação dos equipamentos

quanto na refrigeração do datacenter.

Figura 2 - Comparação de cenários não virtualizado (A) e virtualizado (B).

Para calcular o consumo de energia elétrica dos cenários, usamos o

simulador da Copel (2012), com base no valor do Kwh a R$ 0,39. Os resultados da

refrigeração foram obtidos com base no simulador de BTUs da ACIMAQ (2012).

1

2

10

Tabela 1 - Comparação dos cenários.

Descrição Cenário Não

Virtualizado (A) Cenário

Virtualizado (B) % de

Economia

1. Servidores

Quantidade

Potência da fonte (Watts)

Consumo de energia (Kwh/mês)

Gasto mensal de energia (R$)

10

3.000 2.160

R$ 842,40

1

1.160 835,20

R$ 325,72

90% 61% 61% 61%

2. Ar condicionado

BTUs

Potência da fonte (Watts)

Consumo de energia (Kwh/mês)

Gasto mensal de energia (R$)

18.000

1.750 1.260,00

R$ 491,40

7.500

550 396,00

R$ 154,44

58% 68% 68%

Consumo de Energia (Kwh/mês) 3.420,00 1.231,10 64%

Gasto Total de Energia/mês (R$) 1.333,80 480,16 64%

Emissão CO2 (Kg/Ano) 1.198,40 431,40 64%

Área da Sala 15m2 6m

2 60%

Fonte: os autores.

Como previsto anteriormente, obtivemos a redução de 64% no consumo de

energia elétrica, ou seja, 2.189 kwh no período de 1 mês, chegando a 26.268 kwh no

período de 1 ano. Em termos financeiros, nesse mesmo ano economizamos R$

10.243,68. Essa economia é ainda mais notada quando confrontamos com os

benefícios ambientais. Por mês, deixamos de queimar 2 toneladas de carvão

mineral, preservando no final de 12 meses, 24 toneladas do minério, que são

mantidas em sua fonte natural. Portanto, nosso projeto representa uma economia de

18 mil litros de água e 3,3 toneladas de rejeito por tonelada de carvão extraída.

Outra vantagem decorrente da virtualização, também na questão de

sustentabilidade, é observada na redução de 64% na emissão de CO2. São 767 kg

do poluente que deixam de ser lançados na atmosfera, por ano.

Reduzimos 90% das máquinas do datacenter. Isso traz otimização do espaço

físico, rapidez na recuperação de serviços em casos de desastres, facilidade no

gerenciamento e nos testes em sistemas operacionais diferentes.

3.3 Cronograma de Atuação

Na tabela 2 estão definidas as atividades para o plano de migração da

infraestrutura não virtualizada para a infraestrutura virtualizada, de acordo com as

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etapas descritas no item 3.1.1. O tempo estimado depende da complexidade do

ambiente, da quantidade de servidores físicos e da quantidade de VM’s a serem

criadas. Cenário de Virtualização: 1 servidor físico com 10 VM’s.

A base de cálculo do tempo total da implantação do projeto é de 8 horas de

trabalho diárias, sendo executado por 1 pessoa.

Tabela 2 - Cronograma de Migração

Atividade Tempo estimado

1. Levantamento dos pré-requisitos técnicos 16 horas

2. Definição da infraestrutura de servidor(es) físico(s) 8 horas

3. Aquisição dos equipamentos necessários 5 a 10 dias

4. Implantação da arquitetura de virtualização 16 horas

5. Testes da infraestrutura de virtualização 8 horas

6. Migração das máquinas físicas para as máquinas virtuais 24 horas

7. Treinamento dos usuários 8 horas

8. Acompanhamento e monitoramento 16 horas

Tempo Total: 96 horas

Aprox. 12 dias

Fonte: os autores.

3.4 Plano Financeiro

Na tabela 3 estão listados as atividades e o respectivo orçamento dos

trabalhos operacionais, sendo este calculado sobre a estimativa de horas

necessárias para sua execução. O valor da hora operacional é de R$ 50,00.

Tabela 3 - Orçamento dos trabalhos operacionais

Atividade Orçamento

1. Levantamento dos pré-requisitos técnicos R$ 800,00

2. Definição da infraestrutura de servidor(es) físico(s) R$ 400,00

3. Implantação da arquitetura de virtualização R$ 800,00

4. Testes da infraestrutura de virtualização R$ 400,00

5. Migração das máquinas físicas para as máquinas virtuais R$ 1200,00

6. Treinamento dos usuários R$ 400,00

7. Acompanhamento e Monitoramento R$ 800,00

Total R$ 4.800,00

Fonte: os autores.

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Seguindo o cenário de virtualização do cronograma de atuação, preparamos o

seguinte servidor físico, que hospedará as VM’s.

Tabela 4 - Orçamento do servidor físico

Processador: Intel® Xeon® E5540, 2,53 GHz/8 MB, 4C 80 W

Memória: 4 x RDIMM de 8 GB

Storage: 4 x SAS de 3,5" (15.000 rpm)

Controladora de Raid: PERC H700 (6 Gbit/s) com 512 MB de cache não volátil

Interface de Rede: Controlador Gigabit Ethernet de porta dupla

Fontes redundantes: 2 fontes de alimentação

Valor: R$ 8.940,00

Fonte: http://www.dell.com/br/empresa/p/poweredge-t410/pd?~ck=anav

A tabela 5 apresenta o resumo do orçamento completo do projeto de

virtualização:

Tabela 5 - Resumo do orçamento do projeto

Descrição Valor

Mão de obra operacional R$ 4.800,00

Servidor físico R$ 8.940,00

Total do investimento R$ 13.740,00

Fonte: os autores.

Se considerarmos apenas os ganhos monetários obtidos com a economia de

energia, onde a cada ano economizamos R$ 10.243,68, obteremos o retorno do

investimento em 1 ano e 2 meses após a implementação do projeto.

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4 CONCLUSÃO

A virtualização seja ela de serviços, aplicativos ou de servidores, dentro ou

fora da empresa (privada ou terceirizada), é uma solução que traz muitos benefícios

para a organização, para a sociedade e para o meio ambiente. Considerando que

essa proposta seja implantada em 5 empresas, podemos obter uma economia de

120 toneladas de carvão por ano. Cada vez mais empresas procuram implantar tais

medidas na busca de ganhos econômicos e redução dos impactos ambientais.

Além dessas vantagens, consideramos que a virtualização simplifica a

manutenção e gerenciamento dos equipamentos, possibilitando um crescimento

mais organizado, planejado e seguro, tendo uma facilidade em novos upgrades para

atender novas demandas de negócios.

Percebemos que as fases de análise e planejamento de uma arquitetura

virtualizada requerem um esforço maior para definição de quais ferramentas e

equipamentos serão adotados na solução. Por isso, é importante envolver o maior

número de pessoas responsáveis pelos processos de TI.

Como sugestão de próximos trabalhos, citamos a criação de datacenters

dinâmicos, podendo ser feita a conexão da nuvem privada da corporação (nosso

datacenter virtualizado) com uma nuvem publica (datacenter de terceiros),

expandindo ainda mais as possibilidades de prestação de serviços.

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REFERÊNCIAS

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São Paulo : Atlas, 2006.

NASCIMENTO, Adalberto. Projetos de Virtualização de Servidores. São Paulo :

USJT, 2007

VERAS, Manuel. Virtualização: componente centro do Datacenter. Rio de Janeiro

: Brasport, 2011.

VERAS, Manuel. Manual de Virtualização de Servidores. Rio de Janeiro :

RNP/ESR, 2010.

TAKAHASHI, Arthur Garcia. TI Verde: conceitos e práticas [2009]

<http://www.hardware.com.br/arquivos/TI-Verde.pdf>. Acesso em 21 jul 2012.

MCLAUGHLIN, Laurianne. Virtualization in the Enterprise Survey: Your

Virtualized State [2008] <http://www.cio.com/article/print/168401>. Acesso em 24

jul. 2012

HESS, Kenneth. Top 10 Virtualization Technology Companies [2010]

<http://www.serverwatch.com/article.php/3877576/Top-10-VirtualizationTechnology-

Companies.htm>. Acesso em 23 jul. 2012

APC. American Power Conversion [2012]

<http://www.apc.com/site/Solutions/index.cfm/environments/small-medium-data-

centers/>. Acesso em 23 jul. 2012.

COPEL. Simulador de consumo de energia elétrica [2012]

<www.copel.com/hpcopel/simulador>. Acesso em 28 jul. 2012.

ACIMAQ. Cálculo de carga térmica [2012] <www.acimaq.com.br/c/simulador>.

Acesso em: 27 jul. 2012.

SOARES, Paulo Sérgio Moreira; SANTOS, Maria Dionísia Costa dos; POSSA, Mario

Valente. Carvão brasileiro: Tecnologia e meio ambiente. Rio de Janeiro:

CETEM/MCT, 2008.

15

MONTEIRO, Kathia Vasconcelos. Carvão: combustível de ontem. Porto Alegre:

Núcleo Amigos da Terra Brasil, 2004.

OLIVEIRA, Rogério Amigo de. Informática. Rio de Janeiro : Elsevier, 2007.